Equipe 3D CHIP / Axe 2 : La régénération osseuse et la bio fabrication de modèles d’articulations 3D

La reconstruction de grands défauts osseux résultant d’un traumatisme ou de la résection de tumeurs reste un défi pour les chirurgiens. Aujourd’hui, un lambeau musculaire avec péroné et son lit vascularisé est souvent utilisé, mais la technique est très invalidante pour les patients.

En collaboration avec les chirurgiens maxillo-faciaux de l’équipe 3D CHIP, nous développons une alternative à cette greffe osseuse autologue en utilisant des biomatériaux en phosphate de calcium imprimés 3D et vascularisés (Voir : Reconstruction of Large Skeletal Defects: Current Clinical Therapeutic Strategies and Future Directions Using 3D Printing ). Ces biomatériaux possèdent une forme adaptée à l’anatomie du défaut et une porosité interne permettant la repousse osseuse. Des recherches précliniques ont déjà été conduites dans le respect des règlementations éthiques et financées par des associations de patients (Ligue Française contre les neurofibromatoses ) et le projet européen Maxibone.

Nous proposons une reconstruction osseuse en un seul temps opératoire avec des biomatériaux anatomiques imprimés en 3D et vascularisés par un pédicule local comme indiqué sur la figure ci-dessous.

Avant l’intervention chirurgicale, des angioscanners sont effectués et les images médicales sont converties en fichiers imprimables de stéréolithographie (STL). Des guides chirurgicaux et des biomatériaux 3D anatomiques sont fabriqués par impression 3D et implantés au niveau de défauts osseux avec un pédicule vasculaire traversant. Les analyses radiographiques, scanner et histologiques ont démontré la faisabilité de reconstruire de grands défauts osseux avec des biomatériaux 3D vascularisés en un seul temps opératoire (Voir : Regeneration of segmental defects in metatarsus of sheep with vascularized and customized 3D-printed calcium phosphate scaffolds ). Ces études seront poursuivies par notre équipe afin d’évaluer la sécurité et l’efficacité préclinique pour permettre la reconstruction de grands défauts osseux maxillo-faciaux. Nous envisageons ensuite un essai clinique de reconstruction maxillo-faciale après résection tumorale ou traumatisme sévère (ex. reconstructions après cancers ou balistiques). 

Le vieillissement de la population induit de nombreux problèmes articulaires tels que l‘arthrite poly rhumatoïde ou l’ostéoporose. A ce jour, il n’existe pas de modèle ex vivo permettant d’étudier la physiopathologie d’une articulation humaine. Sur la base de nos connaissances en biomatériaux et ingénierie du tissu ostéoarticulaire, nous proposons de bio fabriquer une mini articulation 3D.

Des cellules souches mésenchymateuses et hématopoïétiques humaines seront cultivées en 3D dans des matrices extracellulaires d’hydrogels photo polymérisables et différenciées en ostéoblastes produisant la matrice osseuse et en ostéoclastes résorbant cette matrice. La vascularisation sera assurée par la bio impression 3D de cellules endothéliales dans une bio encre sacrificielle. Le tissu cartilagineux sera produit par des chondrocytes cultivés en microsphères. Des fibroblastes articulaires seront organisés en 3D pour former une membrane synoviale.

Ces sous-structures tissulaires seront ensuite assemblées par bio impression 3D pour former un modèle de mini articulation 3D permettant le test de candidats médicaments dans un contexte normal ou pathologique.